高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术研究

目的 研究高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术,解决其结构变形过大的问题。方法 基于管道压缩变形公式,提出在管涵两侧一定范围内填筑水泥土材料的新技术;通过室内试验确定水泥土材料中最优水泥质量分数,再基于数值模拟和现场试验分析采用新技术施工的管涵结构的受力及变形特征及其上部竖向土压力分布规律,确定最优管侧填筑范围。结果 新填筑技术能充分利用水泥土的刚度限制管涵的变形,当管涵两侧2/3管径范围内采用水泥质量分数为8%水泥土回填时,管涵的最大竖向及水平变形分别减少了35.1%和55.0%,结构最大应力也由管顶处转移至管涵上部45°附近,受力更为合理。结论 新填筑技术使管涵更好地与周围土体逐步变形协调,产生荷载重分布形成土拱效应,将管顶土压力由管中心向管边缘处转移,有效减小了钢波纹管涵结构变形和应力集中。

基于协同降噪与IGWO-SVR的高填方路基沉降预测

高填方路基沉降影响山岭重丘区重载铁路运营安全。为克服实测沉降数据掺杂随机噪声、现有预测模型适用性差的不足,提出基于协同降噪算法与IGWO-SVR模型的沉降预测方法。运用互补集合经验模态分解法(CEEMD)与小波包变换法(WPT)对含噪沉降数据进行协同降噪处理;提出基于佳点集初始化均布、非线性收敛控制与自身历史最优记忆位置更新的改进灰狼优化(IGWO)算法,并结合支持向量回归模型(SVR),构建IGWO-SVR沉降预测模型。进一步地,利用大准铁路工点及现有文献研究成果,验证IGWO-SVR模型的优越性。结果表明:协同降噪法可有效消除原数据中噪声项的干扰波动;在小样本数据集上,IGWO-SVR模型较传统沉降预测模型与现有文献所述预测模型,具有更高的预测精度与稳定性。研究成果为重载铁路高填方路基沉降预测提供了新途径。

基于InSAR监测和PSO-SVR模型的高填方区沉降预测

基于小基线集干涉测量技术(small baseline subsets interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)和机器学习知识对高填方区域进行地表沉降监测及预测,对工程项目的施工、检修、运营等工作都具有重要的指导意义。文章以重庆东港集装箱码头为研究对象,选取2018—2019年覆盖研究区的31景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术获取该区域的地表沉降数据,并进行内外精度评定;通过信息量模型分析地表沉降易发地地势特点,选择预测点位;通过灰色关联分析计算动态影响因素与沉降量之间的灰色关联度,使用主成分分析法从影响因素中提取出主成分,构建训练集和测试集,通过粒子群算法-支持向量机法(particle swarm optimization-support vector regression,PSO-SVR)预测模型对测试集数据进行预测。为验证该模型在高填方区域沉降预测的可靠性和优异性,将自回归差分整合移动平均模型(autoregressive integrated moving average model,ARIMA)作为对比模型,分别将PSO-SVR模型的预测结果和ARIMA模型的预测结果与测试集进行对比。结果表明:PSO-SVR模型的预测精度优于ARIMA模型,在高填方区域地表沉降预测中具有较好的实用性。

高填方路堤滑坡成因分析及防护对策

以某高速公路互通匝道高填方路堤边坡失稳为例,综合考虑填方区原始地形地貌、地层岩性及施工工艺对路堤边坡稳定性的影响,分析了土−岩二元结构填方边坡的变形特征和破坏机理,认为岩土界面可能为填方边坡的最薄弱层面而非填筑界面。同时,根据滑坡成因分析和稳定性评价结果,借助ABAQUS有限元分析软件对填方边坡的破坏机理做了进一步验证,并对抗滑桩支挡结构的受力状态进行了数值分析。分析可知,滑坡滑面主要在岩土界面处,滑面形态呈折线状;通过开挖台阶、设置宽平台和抗滑桩支挡可有效抑制路堤边坡变形,同时应加强排水;在抗滑桩支挡作用下,高填方路堤边坡潜在滑动面表现为由深层向浅层的演化破坏;滑动面以上桩身应力逐渐减小,在滑面处形成“三角状”高应力区,滑动面以下桩−土接触段桩身应力主要集中在桩前;桩身主要受弯段在潜在滑面以下;桩身主要受推力部位在滑面以上桩长1/5~1/3处,而主要抗力部位在滑面以下桩前部分。

基于流固耦合作用的高填方边坡稳定性研究

为研究流固耦合作用下高填方边坡稳定性,本文基于GEO-STUDIO系统分析了随降雨持续时间的增大,边坡体积含水率、孔隙水压力及稳定性系数的变化规律,结果表明:(1)降雨开始后,边坡表面最先受到影响。随降雨的进行,部分雨水入渗,另一部分降雨向下汇流,由于剖面A距离坡脚位置最近,因此A剖面所达到土体饱和所需要的时间要比其他剖面更短。随降雨时间增大,D剖面的湿润锋范围在坡面12 m以下位置;(2)4个剖面出现正孔隙水压力时间有所不同,其中D剖面孔隙水压出现正值的时间为5 d,且受影响的范围主要是坡面以下12 m范围内。总体看,降雨对深层土体的影响程度小于浅表层土体;(3)降雨入渗导致边坡岩土体性质劣化,土体含水率增大,土体抗剪强度减小,最终导致边坡稳定性降低。

黄土高填方场地水分迁移规律

为揭示黄土高填方场地的降雨入渗规律,在延安某黄土高填方场地建立监测站,对天然降雨入渗条件下28 m深度范围内的土体含水率进行为期31个月的连续监测,结合降雨量、蒸发量及气温数据分析压实黄土中的水分迁移规律。结果表明:地面下3.5 m是大气影响深度,随降雨量和蒸发量变化,土体含水率变化存在明显波峰与波谷,并呈周年性变化趋势;地面下1.0 m是大气急剧影响深度,当单日降雨量<29 mm/d时,土体含水率在周年性变化趋势背景下波动较小,当单日降雨量>29 mm/d后土体含水率出现跳跃式骤升;降雨量越大,土体含水率的增幅越大,降雨持续的时间越长,水分迁移入渗的深度越大,监测期内降雨最大入渗深度为6.0~7.0 m。

清远地区高填方路基的固结沉降变形规律研究

依托广东省清远市某高速公路高填方项目,采用数值模拟与现场监测手段,对高填方路基的固结沉降变形规律和超静孔隙水压力的变化过程进行了研究,提出了通过减小填筑速度来减小工后沉降量的方法,对类似地质条件下高填方工程的设计与施工提供参考与借鉴。

膨胀土高填方渠堤沉降变形特征研究

南水北调中线工程膨胀土高填方渠堤的工后稳定性是各方关注的焦点,如果渠堤工后沉降大,易导致衬砌面板结构内力变化,影响渠道的运行安全。针对南水北调中线某膨胀土高填方渠堤工后沉降明显的问题,通过该段渠堤现场表面变形、内部变形、地下水位和降雨量监测数据的分析,对其沉降变形特征进行了研究。结果表明:高填方渠堤中渠基膨胀土的垂直表面位移受降雨影响显著,其导致高填方渠堤沉降变形随时间的变化可分为缓降段、陡降段、回弹-稳定-陡降段和回弹段4个阶段;填方高度对渠堤的表面变形和内部变形均存在显著影响,渠堤沉降量随着填方高度的减小而逐渐减小,同时,渠堤内部变形主要集中在孔口以下6~7 m的深度范围内,且指向渠外方向累计水平位移量较大于指向渠内方向的累计水平位移量;结合测压管水位、垂直位移测点及降雨量的变化规律,得到了该段渠基土的表面变形与测压管水位存在较强的相关性,地下水位变化是导致区域地表变形的主要因素。研究成果对膨胀土高填方渠堤工后沉降防治具有科学的参考意义。

高填方引调水工程渗漏连续监测方法研究

针对高填方引调水工程提出适于工程结构破坏预警的方法。通过建立室内试验模型在强透水层砂砾石层与弱透水层黏土层之间增设不透水层,分层埋设加热电缆和分布式光纤得到不同工况下渗透破坏的监测数据,对比分析增设不透水层以后的渗透破坏试验结果、现象及渗透路径的变化,确定渗漏破坏与光纤监测数据之间的关联。采用分布式光纤可以测量得到堤基土体的温度场,根据温度的差异,可以判断得到堤基可能发生管涌且已经发生管涌的位置;不同程度的渗漏破坏,对应不同的温度场,渗流流量越大,温度场的差异越明显。

基于DS证据理论与综合赋权改进可拓法的黄土区重载铁路高填方路基服役性能评价

为有效评价黄土区重载铁路高填方路基的变形与稳定状态,在重载铁路高填方路基服役性能初选评价指标库基础上,通过基于证据可信度的DS证据理论融合指标的重要度、独立度与区分度3项特征值,构建重载铁路高填方路基服役性能优选指标体系;基于综合赋权改进可拓评价法,建立针对重载铁路高填方路基服役性能的多层次综合评价模型,并利用该模型对大准及巴准铁路两段高填方路基服役性能进行评价。研究结果表明,上述两段高填方路基服役性能等级评价结果依次为差与良,并均通过了有效性检验;本文研究所提方法较云模型更能准确评价高填方路基服役性能,且比《铁路路基大维修规则》更能全面客观地反映高填方路基服役性能所处状态。研究结果可为黄土区重载铁路高填方路基服役性能状态评价提供参考。

降雨和地震共同作用下高填方边坡稳定性研究

为研究降雨和地震共同作用对高填方边坡稳定性影响,利用降雨时长、降雨强度,以及地震加速度3个主要因子进行叠合分析,基于GeoStudio数值软件进行稳定性分析计算,并采用正交试验法对因素敏感性进行评价。结果表明,降雨主要影响边坡浅层土体孔隙水压力,降雨强度和时间对高填方边坡稳定性影响程度有限;地震作用对边坡稳定影响很大,边坡稳定系数随地震峰值加速度增大而降低;降雨和地震共同作用下,填方边坡稳定性明显小于降雨或地震单一作用,叠合作用效果明显;在考虑的边坡稳定性影响因素中,地震作用影响最大,降雨时间次之,降雨强度最小。

白鹤滩水电站移民区高填方工程现场监测与分析

为了保障高填方地基的稳定性和后期使用的安全性,开展了白鹤滩水电站高填方工程沉降变形的现场监测,分析了原地基和填筑体在施工期及竣工后的沉降规律,探讨了填筑高度、地基综合压实度、时间和水位变化对高填方地基沉降的影响。结果表明,以砾石填料为主的高填方工程,原地基和填筑体对总沉降均有较大贡献,其中原地基沉降占总沉降量的39.7%,填筑体沉降占总沉降量的60.3%。适当提高地基综合压实度是控制地基沉降的有效措施。使用不同拟合模型预测了高填方地基的沉降,结果表明指数模型能够较好反映此类高填方工程的沉降变形规律。水库蓄水引起填筑区域地下水位上升,土体发生的瞬时湿化变形占总体湿化变形量的60.9%。孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填筑荷载的影响,填筑施工期孔压增量与上覆荷载增量呈线性关系,其孔隙水压力系数等于0.021,土体在填筑期间始终处于稳定状态。竣工后超静孔隙水压力逐渐消散,地基开始固结沉降。

基于BIM+GIS集成模型的高填方边坡大变形失稳过程分析

建筑信息模型(building information modeling,BIM)与地理信息系统(geographic information system,GIS)技术在数据来源和信息表达等方面存在显著的区别,因此难以实现有效的数据信息的融合与可计算模型的生成。以物质点模型作为集成媒介,基于BIM的参数化建模技术与GIS的地层建模技术,分别构建人工填方边坡与三维地质模型,并进行集成融合构建反映原始地形、地质结构,及构筑物信息的三维物质点模型。在此基础上,采用物质点方法(material point method,MPM),模拟并分析了高填方边坡大变形的失稳全过程。以湖北十堰市山区产业园高填方边坡为研究对象,利用上述模型集成方法,构建融合人工填方边坡与原始边坡的三维物质点模型,分析其潜在破坏机制与影响范围。结果表明:若缺少前缘挡土墙支撑,平台填土将发生大规模垮塌。厚度约为11 m的堆积体将覆盖下方的公路,并对桥墩和桥柱造成影响。F4和B1平台位于窄收口地形,仍可保障其后方平台整体保持稳定。该集成模型方法为构建融合天然地质体与人工构筑物可计算数值模型方面提供了新的思路。

三峡库区巫山县老林场高填方边坡稳定性分析

高填方边坡稳定问题是岩土工程界研究的一个热点问题,而回填土物理力学指标的确定是其中一个主要难点.本文以巫山县新城区老林场高填方边坡为研究对象,在边坡地质模型研究的基础上,通过原位重(Ⅱ)型动力触探、室内大型三轴试验以及反演分析,对边坡回填土抗剪强度参数进行了分析研究,从稳定性系数和位移两方面进行了边坡稳定性计算分析.研究认为:边坡压实碎石土,属粗粒土,黏聚力为零;土体摩擦角具有围压效应,随围压增加而降低,本边坡基覆面处回填土摩擦角较浅表部低2°左右;重(Ⅱ)型动力触探成果(40°)为摩擦角上限值,反演分析结果(32°)为其下限值,大型三轴实验成果(38.3°)为其基本值;刚体极限平衡分析表明,边坡整体稳定性好,稳定性系数均大于1.35;局部稳定性计算结果是除中段边坡饱和工况稳定性系数为1.245略低于1.35外,其余部分稳定性系数均大于1.35;FLAC3D模拟揭示,边坡中段坡体位移较大,最大总位移达13.19cm,最大水平位移达12.36cm,但未超出粗粒土边坡的一般容许位移经验值20cm,边坡稳定性较好;表层和浅表层失稳可能是边坡的主要失稳模式,建议采取护坡措施.本研究对同类高填方边坡具有一定参考价值与借鉴意义.

含水量对膨胀土高填方渠堤土体剪切特性的影响研究

通过不同含水量下南水北调中线工程高填方渠堤的改性土、膨胀土和渠基土的直剪试验,研究含水量对3种土体剪应力-剪切位移以及抗剪强度的影响规律。结果表明:3种土体的基质吸力随着含水量增加而显著减小;当含水量较低时,剪应力-剪切位移曲线呈剪切软化型;而随含水量的增加,剪应力-剪切位移曲线转化为剪切硬化型。不同土体的抗剪强度随含水量增加均呈现先增大后减小的变化规律,且含水量达到土体的塑性含水量以后,抗剪强度降低较小。含水量对改性土、回填膨胀土和渠基土的黏聚力及内摩擦角存在着显著影响,黏聚力与含水量满足二次多项式关系;土体的内摩擦角随着土体含水量的增加呈现出非线性减小的变化规律,且渠堤改性土内摩擦角随含水量的降低幅度较渠堤膨胀土和渠基土大。

公路高填方路基变形机理研究

为准确把握公路高填方路基的变形机理,向公路建设及后续运营提供技术支撑,文中依托某公路高填方路基工程,在项目勘察成果的基础上,对高填方路基的边坡破坏模式及变形机理进行了分析,证实了若高填方路基基底处理效果欠佳,边坡易出现沿着坡脚的内部滑移。提出了相应的高填方路基基底处理方案后,文中采用有限元软件对高填方路基段进行数值计算,分析了高填方路基的沉降变形、侧向变形等指标。最后,通过现场监测结果及有限元分析数据,对高填方路基的基底处理、填方材料、施工工艺等方面给出了建议,为后续同类型项目的设计、施工提供可靠的技术参考。

一种新型组合支挡结构在高填方边坡工程中的应用研究

为解决空间受限时修建多级高大填方挡墙(兼景观挡墙)的难题,提出了一种新型组合支挡结构,对其结构型式、受力机理及简化计算模型进行了比较详细的阐述。通过具体工程实例,介绍了其在周边环境复杂、景观要求高等特殊条件下所具备的技术优势,推演并分析了主要计算过程及可能失稳破坏模式,介绍了施工工序及应用范围。实践表明,该种新型支挡结构整体上安全可靠,并在一定程度上丰富了特殊条件下高填方边坡工程支挡结构设计选型,能够为今后同类工程提供更多有益参考。

基于原位钻孔剪切试验的高填方边坡稳定性分析

边坡土体强度参数对边坡稳定性有重要影响,而边坡稳定性分析结果的准确性制约着工程的建设。针对某填方边坡工程,为准确分析边坡土体强度参数,同时为边坡后续加固治理提供可靠依据,采用原位钻孔剪切试验获取边坡填土抗剪强度指标,并对边坡进行稳定性分析。研究结果表明,原位钻孔剪切试验能快速、直接、有效且准确地获取土体强度指标,真实反映土体特性,对提高边坡稳定性分析评价的准确性具有重要意义。

考虑荷载及含水率变化的黄土高填方地基沉降变形计算

黄土高填方的沉降变形控制是工程建设中的重点和难点,基于分层总和法的思想,通过引入Gunary应力应变模型和割线模量法,提出考虑荷载变化和含水率变化的黄土高填方地基沉降变形计算方法。结合算例,对高填方地基的沉降变形进行预测及验证。结果表明,黄土高填方沉降变形的主要来源是施工期间因荷载变化而引起的沉降。随着填土高度的增加,因含水率发生变化产生的广义增湿湿陷沉降占总沉降的比例逐渐增加。压实度控制对高填方工程至关重要,压实度越高,总沉降量越小。研究成果丰富了黄土高填方地基沉降变形的计算理论,为黄土高填方工后沉降和湿陷沉降的研究提供理论依据,对黄土高填方工程的施工和工后沉降控制具有一定的参考价值。

高填方路基强夯补强效果试验分析

文中以四川某高速公路改扩建项目为例,开展高填方路基强夯补强试验研究,并利用瑞利波法分析了补强前后高填方路基的密实度与瑞利波速的关系。结果表明,波速与压实度呈现近似线性增加的关系,波速每增加1 m/s,路基压实度增加0.19%。瑞利波监测法与现场灌砂法所有测量点位的压实度相差范围为3.5%左右,两种方法下的波速与压实度曲线相对一致。夯击后的夯击点密实深度显著提升,提升幅度在11.7%~18.7%,提升土体压实度可以有效提升路基土的施工质量。研究成果证明了瑞利波法测试土体压实度具有一定的可靠性,且采用的强夯方案有效提升了路基土的压实度,证实了高填方路基补强效果的可靠性。